滚动轴承故障预防

1、 滚动轴承故障预防滚动轴承故障预防敲击测量固有频率敲击测量固有频率输入输入输出输出冲击冲击波形波形物体物体/设备设备激振法测固有频率激振法测固有频率敲击法测固有频率敲击法测固有频率现场解决问题很有用现场解决问题很有用滚动轴承故障预防滚动轴承故障预防研究滚动轴承的必要性；研究滚动轴承的必要性；如何预防滚动轴承故障？如何预防滚动轴承故障？滚动轴承是旋转机械的易损元件，据滚动轴承是旋转机械的易损元件，据统计，旋转机械的故障有统计，旋转机械的故障有3030是由轴是由轴承故障引起的。因此研究轴承问题是承故障引起的。因此研究轴承问题是旋转机械状态监测与故障诊断领域的旋转机械状态监测与故障诊断领域的重要研究

2、内容。重要研究内容。滚动轴承故障预防滚动轴承故障预防教授学者：失效原因、失效过程、监测方法、教授学者：失效原因、失效过程、监测方法、 信号与故障的对应关系；信号与故障的对应关系；仪器制造：监测方法、监测仪器、自动诊断；仪器制造：监测方法、监测仪器、自动诊断；轴承制造：如何提高轴承质量；轴承制造：如何提高轴承质量；使用人员：有无故障、故障程度？运行多久？使用人员：有无故障、故障程度？运行多久？研究问题的出发点研究问题的出发点: :滚动轴承故障预防滚动轴承故障预防滚动轴承的组成滚动轴承的组成滚动轴承故障预防滚动轴承故障预防任何部件失效，都表示轴承失效任何部件失效，都表示轴承失效失效的主要形式：磨损

3、、疲劳、点蚀；失效的主要形式：磨损、疲劳、点蚀；引起失效的外因：承受交变载荷；引起失效的外因：承受交变载荷；抵抗失效的内因：抵抗失效的内因： 材料的组织特性；材料的组织特性；滚动轴承故障预防滚动轴承故障预防由于材料内部组织的不均匀性及其分布的由于材料内部组织的不均匀性及其分布的随机性，即使是随机性，即使是l 同样的材料、同样的材料、l 同样的尺寸以及同样的尺寸以及l 同一批生产出来的轴承，同一批生产出来的轴承，l 在完全相同的条件下工作，在完全相同的条件下工作， 其寿命也会极不相同。其寿命也会极不相同。试验表明试验表明：在同一批轴承中，它们的最长寿命在同一批轴承中，它们的最长寿命是最短寿命的是

4、最短寿命的2040倍。倍。滚动轴承故障预防滚动轴承故障预防滚动轴承故障预防滚动轴承故障预防轴承寿命曲线轴承寿命曲线轴承寿命的离散性轴承寿命的离散性应用研究的必要性应用研究的必要性滚动轴承故障预防滚动轴承故障预防二二 如何预防滚动轴承故障？如何预防滚动轴承故障？ 定期更换？定期更换？ 安装之前进行质量检查安装之前进行质量检查 安装之后进行运行监测安装之后进行运行监测X！安装之前进行检查安装之前进行检查能否在安装前将轴承按实际质量分类能否在安装前将轴承按实际质量分类？将优质轴承用到关键、重要的设备上；将优质轴承用到关键、重要的设备上；将次质轴承用到非重要设备上；将次质轴承用到非重要设备上；将劣质轴

5、承直接报废；将劣质轴承直接报废；可以做到！可以做到！滚动轴承故障预防滚动轴承故障预防轴承振动测量仪轴承振动测量仪三个表头显示三个表头显示 低频、中频、高频低频、中频、高频 振动值振动值滚动轴承故障预防滚动轴承故障预防安装之前进行质量检查安装之前进行质量检查低频段低频段 50-200Hz50-200Hz：一般是由轴承内外圈的椭圆度和加工过程中车床卡一般是由轴承内外圈的椭圆度和加工过程中车床卡盘的夹持等原因造成的盘的夹持等原因造成的；中频段中频段 200-2000Hz200-2000Hz：一般是由轴承的套圈在磨削加工时磨振动产生的中一般是由轴承的套圈在磨削加工时磨振动产生的中距波纹度造成的；距波纹

6、度造成的；高频段高频段 2000-10000Hz2000-10000Hz：一般是由轴承内外圈沟道上的短距振纹度造成的。一般是由轴承内外圈沟道上的短距振纹度造成的。 滚动轴承故障预防滚动轴承故障预防将各频段振动值与标准进行比较，判断将各频段振动值与标准进行比较，判断轴承的优劣，将轴承按质分类：轴承的优劣，将轴承按质分类：优质轴承优质轴承用于重要的设备上；用于重要的设备上；次质轴承次质轴承用于次要设备上；用于次要设备上；劣质轴承劣质轴承直接报废；直接报废；可以防止由于轴承的制造质量造成的运行可以防止由于轴承的制造质量造成的运行寿命的差异性，提高设备运行的可靠度。寿命的差异性，提高设备运行的可靠度。

7、滚动轴承故障预防滚动轴承故障预防问题：是否就可以避免轴承运行寿命的离散性？问题：是否就可以避免轴承运行寿命的离散性？SKFSKF对轴承寿命研究表明：对轴承寿命研究表明：轴承润滑的污染状况可使轴承寿命相差轴承润滑的污染状况可使轴承寿命相差500500倍。倍。滚动轴承故障预防滚动轴承故障预防 即使是即使是l 同样的材料同样的材料l 同样的尺寸以及同样的尺寸以及l 同一批生产出来的轴承同一批生产出来的轴承l 在完全相同的条件下工作在完全相同的条件下工作 其寿命也会极不相同其寿命也会极不相同SKFSKF新轴承寿命理论新轴承寿命理论旧理论：旧理论：L10=（C/P）P新理论：新理论： L10 a，a=

8、aSKF L10 0.1 aSKF 50 aSKF - 轴承润滑的污染系数轴承润滑的污染系数如何预防滚动轴承故障？如何预防滚动轴承故障？ 安装之前进行质量检查安装之前进行质量检查 安装之后进行运行监测安装之后进行运行监测安装之后进行运行监测安装之后进行运行监测1 包络分析法包络分析法2 频谱分析法频谱分析法3 振值比较法振值比较法4 声音判断法声音判断法 式中，D滚动体中心圆（节圆）直径，mm； d滚动体直径，mm； 接触角，角度或弧度； z 滚动体的个数； n 轴的转速，r/min。 除转速n 外，D、d、z 均可根据轴承型号由轴承样本查出滚动轴承的故障频率滚动轴承的故障频率滚动轴承的故障频

9、率滚动轴承的故障频率例：轴承型号为例：轴承型号为204的深沟球轴承，的深沟球轴承， 节圆直径节圆直径 D 33.5mm； 滚珠直径滚珠直径 d7.938mm； 滚动体数滚动体数 z8；接触角；接触角3； 转子转速转子转速 n3000 r/min， 其各缺陷频率为：其各缺陷频率为： 内圈缺陷内圈缺陷外圈缺陷外圈缺陷滚动体缺陷滚动体缺陷 保持架与内圈摩擦保持架与内圈摩擦保持架与外圈摩擦保持架与外圈摩擦FiFi 247 Hz247 Hzfofo 153 Hz153 Hzfbfb 100 Hz100 Hzfcifci 31 Hz31 Hzfcofco 19 Hz19 Hz不平衡产生的振动信号：不平衡产

10、生的振动信号：时域：连续的周期信号；时域：连续的周期信号；频域：能量集中；频域：能量集中；幅值：能量大幅值：能量大轴承故障振动信号：轴承故障振动信号：时域：脉冲信号；时域：脉冲信号；频域：能量分散；频域：能量分散；幅值：非常微小幅值：非常微小滚动轴承的故障频率滚动轴承的故障频率由于滚动轴承故障产生的冲击信号持续时间由于滚动轴承故障产生的冲击信号持续时间极短并且能量分散，落在轴承特征频率范围极短并且能量分散，落在轴承特征频率范围的分量则更加微小，无法与能量较大并集中的分量则更加微小，无法与能量较大并集中于低频的振动分量相提并论，如果直接对振于低频的振动分量相提并论，如果直接对振动信号进行动信号进

11、行 FFTFFT分析，微小的轴承特征成分分析，微小的轴承特征成分将被不平衡、不对中、齿轮啮合等信号所淹将被不平衡、不对中、齿轮啮合等信号所淹没，而无法显示轴承缺陷频率的存在。没，而无法显示轴承缺陷频率的存在。滚动轴承的故障频率滚动轴承的故障频率加速度包络技术，不同于常规振动检测技术，加速度包络技术，不同于常规振动检测技术，它不是直接去分析杂乱无章的振动信号，而它不是直接去分析杂乱无章的振动信号，而是通过是通过“共振解调变换共振解调变换”去提取掩埋去提取掩埋在常规振动中的微冲击信息，输出一个与在常规振动中的微冲击信息，输出一个与冲击一一对应的，放大、展宽了的，剔除冲击一一对应的，放大、展宽了的，

12、剔除了常规振动信号干扰的共振解调信号，是了常规振动信号干扰的共振解调信号，是滚动轴承故障诊断频域分析法中最成功的滚动轴承故障诊断频域分析法中最成功的一种方法。一种方法。加速度包络技术加速度包络技术其傅立叶变换为l，即从频域来看， (t)是一无限带宽信号，它含有任何频率成分，并且能量沿整个频率轴均匀分布。因此，若把 (t)施加于某振动系统，则(t)必含有该系统的固有振动频率成分，也就必然激起系统共振。现实中，纯数学意义上的脉冲是不存在的，但是只要激振力的频域带宽覆盖系统的固有频率，同样可以发生共振。包络技术就是以这一振动理论为基础的。包络技术就是以这一振动理论为基础的。 (t) = 1 t= 0

13、0 其它其它脉冲函数及其特性脉冲函数及其特性数学上，单位脉冲函数(kroneeker函数)定义为：加速度包络技术加速度包络技术故障轴承在运行中产生脉冲信号故障轴承在运行中产生脉冲信号脉冲信号的能量很小频域非常宽脉冲信号的能量很小频域非常宽微弱的宽频信号，足以激起测试微弱的宽频信号，足以激起测试系统某些部件（例如传感器）的系统某些部件（例如传感器）的固有频率产生共振，共振成分混固有频率产生共振，共振成分混合在振动信号中；合在振动信号中；加速度包络技术加速度包络技术设置以测量系统部件（如传感器）谐振频率设置以测量系统部件（如传感器）谐振频率为中心频率、带宽为为中心频率、带宽为+/- f 的带通滤波

14、器；的带通滤波器；经带通滤波后将大幅值的低频信号滤除，得经带通滤波后将大幅值的低频信号滤除，得到了由脉冲信号产生的、经系统共振放大的、到了由脉冲信号产生的、经系统共振放大的、并且展宽了的冲击时域信号并且展宽了的冲击时域信号经过绝对值处理后留下的上半部分波形经过绝对值处理后留下的上半部分波形，因因为还存在许多高频成分，因而在频谱上不能为还存在许多高频成分，因而在频谱上不能形成简单波形那样的离散谱线；形成简单波形那样的离散谱线；通过低通滤波器获取包络波，通过低通滤波器获取包络波，既保留了原冲击波形所得到的放大和展宽，既保留了原冲击波形所得到的放大和展宽，又剔除了高频成分，成为纯低频的周期波，又剔除

15、了高频成分，成为纯低频的周期波， 对包罗波重新采样，经对包罗波重新采样，经FFT 后得到包络频谱，后得到包络频谱，可以清楚地显示出冲击频率可以清楚地显示出冲击频率1/T及其谐波成分及其谐波成分2/T、3/T、4/T、。 应用案例应用案例测试对象：加工中心电主轴测试背景：该电主轴已经运行近两年，在加工的过程当中，明显的听到从主轴内部发出噪音；但机床自带的主轴振动显示仪显示机床振动速度总值在正常范围之内。采用SKF 的Microlog 振动分析仪对机床进行了振动分析。应用案例应用案例通过轴承缺陷频率的比对，除了可勉强观察到轴承 内圈有一比较小的峰值外，其他的未见有特别明显的异常！所以如果单从速度谱

16、上分析，很容易得出结论：该电主轴状态正常！所以如果单从速度谱上分析，很容易得出结论：该电主轴状态正常！从速度频谱图中可以看出，电主轴的振动速度总值只有 0.56mm/s 元远低于2mm/s的报警值, 速度频谱速度频谱应用案例应用案例从加速度包络谱来分析，得出迥然相反的结果，而且是电主轴轴承的状态令人触目惊心。该电主轴包络总值已经高达18.23gE ,大大超过设定的报警值8gE .从特征频谱图上可以明显的看出缺陷频率倍频和边频的存在。这个已经证明轴承到了十分严重的损坏程度，这与从机床外边听到的电主轴发出的不正常噪音十分吻合！这与从机床外边听到的电主轴发出的不正常噪音十分吻合！加速度包络谱加速度包

17、络谱Stage 1Stage 2Stage 3Stage 4no apparent change on typical velocity spectrumdefects harmonic frequencies appeardefects fundamental frequencies also appearand may exhibit sidebandsdefects harmonic frequencies develop multiplesidebands (haystack), fundamental freqs. growand also develop sidebandsdefe

18、cts “fund.”frequency rangedefects “harmonic”frequency range方法之二：频谱分析法方法之二：频谱分析法滚滚动动轴轴承承故故障障发发展展的的四四个个阶阶段段第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段第四阶段第四阶段方法之二：频谱分析法方法之二：频谱分析法方法之二：频谱分析法方法之二：频谱分析法频谱能力集中于低频部分，典型的机械故障频谱，频谱能力集中于低频部分，典型的机械故障频谱，方法之二：频谱分析法方法之二：频谱分析法频谱能力集中于中频部分，典型的轴承故障频谱；频谱能力集中于中频部分，典型的轴承故障频谱；方法之二：频谱分析法方法之二：

19、频谱分析法频谱分析法对滚动轴承的早期故障不敏感，频谱分析法对滚动轴承的早期故障不敏感，可用于分析中晚期的轴承故障；可用于分析中晚期的轴承故障；速度与位移振幅关系：速度与位移振幅关系： V = 2f DV = 2f D当当f f5050200Hz200Hz时：时： V V（100100400400）DD10102 20.707/20.707/2 （1.11.14.44.4）D D；当当 f f6006001200Hz1200Hz时：时： V V（1200120024002400）DD10102 20.707/20.707/2 （13132727）D D式中位移振幅单位为丝米（峰式中位移振幅单位为

20、丝米（峰- -峰值），速度峰值），速度振幅单位为毫米（有效值）。振幅单位为毫米（有效值）。方法之三：振动值判断方法之三：振动值判断方法之三：振动值判断方法之三：振动值判断振动值很大振动值很大，速度振幅与位移振幅在，速度振幅与位移振幅在数值上比较接近，多为转子系统故障，数值上比较接近，多为转子系统故障，一般不考虑轴承；一般不考虑轴承；速度振幅很大，速度振幅很大，位移振幅远小于速度位移振幅远小于速度振幅，多为轴承故障振幅，多为轴承故障也就是说，如果撇开振动位移和振动速度的也就是说，如果撇开振动位移和振动速度的单位，只从数值上来比较，对于转动设备本单位，只从数值上来比较，对于转动设备本身原因所引起的低频振动，其速度振幅约为身原因所引起的低频振动，其速度振幅约为位移振幅的位移振幅的1 14 4倍。实际上低频振动多数情倍。实际上低频振动多数情况发生在况发生在1 12 2倍转速频率，即速度振幅约为倍转速频率，即速度振幅约为位移振幅的位移振幅的1 12 2倍；而对于轴承故障所产生倍；而对于轴承故障所产生的高频振动，其速度振幅要远远大于位移振的高频振动，其速度振幅要远远大于位移振幅。幅。根据这一点，可建立用位移振幅和速度根据这一点，可建立用位移振幅和速度振幅的数值对比来判断轴承故障的判断准则振幅的数值对比来判断轴承故障的判断准则如下：如下：方法之三：振动值判断方法之三：振动值判断